CN114106435A - 一种复合气凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合气凝胶及其制备方法，属于有机高分子化合物技术领域。该复合气凝胶，包括阿拉伯树胶40‑150份，羧基丁腈橡胶100‑110份，硫化助剂3‑7份，二乙基二硫代氨基甲酸锌1‑2份，水800‑2000份。本发明还提出上述复合气凝胶的制备方法，包括将阿拉伯树胶溶于水中制得阿拉伯树胶水溶液；将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N‑四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合得到第一混合物；将阿拉伯树胶水溶液与第一混合物混合得到第二混合物；将第二混合物抽真空保压处理，之后冷冻，之后硫化得到复合气凝胶。该复合气凝胶确保吸声效果的同时还具有较好的结构强度。

Description

一种复合气凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机高分子化合物技术领域，具体涉及一种复合气凝胶及其制备方法。
背景技术
声音是由弹性介质(比如空气和水)所产生的机械振动，它产生的压力使粒子移动，令人或设备感觉到，而超过一定程度的噪声则会变成一种危害人类活动和自然平衡的噪声污染。噪声无处不在且产生的源头多种多样，而大量接触噪音已经被证实了具有风险和健康危害。因此研发有效抑制噪声且能够推广使用的的吸声材料对社会意义重大。
现用的商用吸声材料按照吸声作用机理一般可分为两类：共振吸声材料和多孔吸声材料。共振吸声材料基于内共振效应的原理，使得这些材料在低频段具有良好的吸声性能，但它们往往存在吸声频带窄的缺点。多孔吸声材料则一般是由容纳声波进入材料的通道、裂隙或空腔组成。其声能耗散的原理则是由空气分子与孔壁的摩擦引起的热损失和材料内部气流粘性引起的粘性损失两部分所组成的。这种能量消耗原理赋予了多孔材料宽频带进行吸声的能力。
现有的阿拉伯树胶制得的气凝胶虽然具有较好的吸声性能，但存在脆性大、结构强度低的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种复合气凝胶及其制备方法，解决现有技术中气凝胶结构强度低的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种复合气凝胶及其制备方法。
一种复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶40-150份，羧基丁腈橡胶100-110份，硫化助剂3-7份，二乙基二硫代氨基甲酸锌1-2份，N,N-四甲基二硫双硫羰胺0.2-1份，硫化剂1-3份，抗氧化剂1-3份，水800-2000份。
进一步地，所述硫化助剂为氧化锌。
进一步地，所述聚多糖/橡胶基复合气凝胶密度为1300-2200Kg/m3。
进一步地，所述羧基丁腈橡胶为固含量在41％-42％的液态羧基丁腈胶乳。
本发明还提出一种上述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于水中制得阿拉伯树胶水溶液；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶。
进一步地，按照配比将所述硫化助剂、所述二乙基二硫代氨基甲酸锌、所述N,N-四甲基二硫双硫羰胺、所述硫化剂、所述抗氧化剂和所述羧基丁腈胶乳混合并超声分散得到所述第一混合液。
进一步地，所述超声分散的时间为5-8min。
进一步地，所述抽真空保压处理的时长为1～2h。
进一步地，所述冷冻处理包括先在-22℃至-18℃下冷冻定型，之后在-40℃至-35℃的真空条件下继续冷冻。
进一步地，所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在110-120℃下硫化30-40min。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出的复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶100-110份，羧基丁腈橡胶100-110份，硫化助剂3-7份，二乙基二硫代氨基甲酸锌1-2份，N,N-四甲基二硫双硫羰胺0.2-1份，硫化剂1-3份，抗氧化剂1-3份；该复合气凝胶以阿拉伯树胶和羧基丁腈橡胶作为基体，结合其他组分形成了一种全新的吸声降噪材料，该复合气凝胶具有穿插交错的片层结构和孔隙结构，得到的复合气凝胶在中高频段的吸声性能极佳，在1000-6300Hz内平均吸声系数为0.708-0.841，70％应变时的压缩应力高达0.123MPa，从而确保吸声效果的同时还具有较好的结构强度。
附图说明
图1是本发明实施例2-3制得的复合气凝胶及对比例1制备的气凝胶的压缩曲线示意图。
图2是本发明实施例2-3制得的复合气凝胶及对比例1制得的气凝胶的吸声系数曲线图。
图3为本发明实施例3制得的复合气凝胶的扫描电镜图，放大倍数为100倍。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶40-150份，羧基丁腈橡胶100-110份，硫化助剂氧化锌3-7份，二乙基二硫代氨基甲酸锌(即ZDEC)1-2份，N,N-四甲基二硫双硫羰胺(即TMTD)0.2-1份，硫化剂1-3份，抗氧化剂1-3份，水800-2000份；所述羧基丁腈橡胶为固含量在41％-42％的液态羧基丁腈胶乳，所述聚多糖/橡胶基复合气凝胶密度为1300-2200Kg/m3。
本具体实施方式还提出一种上述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于水中进行磁力搅拌制得阿拉伯树胶水溶液；磁力搅拌条件为：在室温25℃～30℃下，转速100～300rpm/s，搅拌1～2h；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合并超声分散5-8min得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合磁力搅拌得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理1～2h，之后倒入模具，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶；所述冷冻处理包括先在-22℃至-18℃下冷冻定型，之后在-40℃至-35℃的真空条件下继续冷冻；所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在110-120℃的恒温干燥箱中硫化30-40min；所述模具为内径为30mm内高为30mm的中空圆柱体模具。
本发明以天然绿色的高分子多糖类材料阿拉伯树胶和羧基丁腈橡胶为基体，通过将制备的冰模板冷冻干燥得到聚多糖/橡胶基复合气凝胶，特殊的制备工艺流程得到了特殊的内部结构。阿拉伯树胶带来的片层结构和与羧基丁腈橡胶结合后形成的孔隙结构穿插交错，得到在中高频段吸声性能极佳的特殊内部结构。并且两种材料的结合极大的改善了原本阿拉伯树胶气凝胶脆性的缺陷，硫化助剂的引用也很好的提升了复合气凝胶的稳定性。制备流程中两种基体材料用量的控制对内部结构的形成尤为关键，其中一种用量的过多或过少都会使得最终形成气凝胶的内部骨架结构发生改变。另外中间环节的真空保压与冷冻干燥条件的控制也很重要，一段时间的真空保压能够有效避免气泡的存在导致内部骨架的不规则崩塌。冷冻干燥环境的稳定与足够的时长能够确保气凝胶成型的均一稳定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中的抗氧化剂采用二丁基羟基甲苯，在某些实施例中，抗氧化剂也可以采用二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯、丁基羟基苯甲醚和抗坏血酸中的一种或者多种；下述实施例中的硫化剂为硫磺。
实施例1
本实施例提出一种复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶40份，羧基丁腈橡胶100份，硫化助剂氧化锌5份，ZDEC 1份，TMTD 1份，硫化剂1.5份，抗氧化剂2份，水1000份；所述羧基丁腈橡胶为固含量为41％的液态羧基丁腈胶乳。
本实施例还提出一种上述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于水中制得阿拉伯树胶水溶液；磁力搅拌条件为：在室温25℃下，转速200rpm/s，搅拌2h；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合并超声分散6min得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合磁力搅拌得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理2h，之后倒入模具，液高23mm，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶；所述冷冻处理包括先在-20℃下冷冻24h定型，之后在-40℃的真空条件下继续冷冻48h；所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在120℃下硫化30min。
经测试，本实施例制备的复合气凝胶在1000～6300Hz内平均吸声系数为0.827；70％应变时的压缩应力σmax＝0.091Mpa。
实施例2
本实施例提出一种复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶43份，羧基丁腈橡胶110份，硫化助剂氧化锌7份，ZDEC1.5份，TMTD 0.5份，硫化剂2份，抗氧化剂2份，去离子水860份；所述羧基丁腈橡胶为固含量为42％的液态羧基丁腈胶乳。
本实施例还提出一种上述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于水中制得阿拉伯树胶水溶液；磁力搅拌条件为：在室温25℃下，转速300rpm/s，搅拌1h；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合并超声分散6min得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合磁力搅拌得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理1h，之后倒入模具，液高23mm，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶；所述冷冻处理包括先在-20℃下冷冻定型28h，之后在-35℃的真空条件下继续冷冻48h；所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在110℃下硫化30min。
经测试，本实施例制备的基复合气凝胶在1000～6300Hz内平均吸声系数为0.708；70％应变时的压缩应力σmax＝0.123Mpa，所述复合气凝胶密度为1300Kg/m3。
实施例3
本实施例提出一种复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶100份，羧基丁腈橡胶100份，硫化助剂氧化锌3份，ZDEC1份，TMTD0.2份，硫化剂3份，抗氧化剂2份，去离子水2000份；所述羧基丁腈橡胶为固含量为41％的液态羧基丁腈胶乳。
本实施例还提出一种上述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于水中进行磁力搅拌制得阿拉伯树胶水溶液；磁力搅拌条件为：在室温25℃下，转速300rpm/s，搅拌1h；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合并超声分散5-8min得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合磁力搅拌得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理1.5h，之后倒入模具，液高23mm，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶；所述冷冻处理包括先在-18℃下冷冻定型30h，之后在-35℃的真空条件下继续冷冻26h；所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在115℃下硫化40min。
经测试，本实施例制备的复合气凝胶在1000～6300Hz内平均吸声系数为0.841；70％应变时的压缩应力σmax＝0.066Mpa，所述复合气凝胶密度为1800Kg/m3。
从图3可以看出，本实施例制得的复合气凝胶的为孔隙结构与片层结构穿插交错的特殊结构。
实施例4
本实施例提出一种复合气凝胶，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶150份，羧基丁腈橡胶105份，硫化助剂氧化锌4份，ZDEC1.5份，TMTD0.5份，硫化剂1份，抗氧化剂1份，水1500份；所述羧基丁腈橡胶为固含量为42％的液态羧基丁腈胶乳。
本实施例还提出一种上述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于去离子水中磁力搅拌制得阿拉伯树胶水溶液；磁力搅拌条件为：在室温25℃下，转速200rpm/s，搅拌2h；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合并超声分散8min得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合磁力搅拌得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理1.5h，之后倒入模具，液高23mm，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶；所述冷冻处理包括先在-22℃下冷冻定型24h，之后在-40℃的真空条件下继续冷冻50h；所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在120℃下硫化35min。
经测试，本实施例制备的复合气凝胶在1000～6300Hz内平均吸声系数为0.835；70％应变时的压缩应力σmax＝0.083Mpa，所述复合气凝胶密度为1800Kg/m3。
对比例1
本对比例的气凝胶，其原料组成及重量份数为：阿拉伯树胶10份，去离子水200份，通过如下步骤制备得到：
(1)按配比称取原料，将阿拉伯树胶粉末加入去离子水中，进行磁力搅拌2h使其完全溶解；
(2)将充分溶解的阿拉伯树胶水溶液转移至真空干燥箱中抽真空保压1h，然后将其倒入内径30mm的中空圆柱体模具，液面高为23mm，最后转移至-20℃的冰箱中冷冻定型；
(3)经过24h冷冻后将定型的冰模板转移至冷冻干燥机中进行真空-40℃冰升华48h。，结束后取出得到阿拉伯树胶气凝胶。
经测试，本对比例制备的阿拉伯树胶基气凝胶在1000～6300Hz内平均吸声系数为0.871。70％应变时的压缩应力σmax＝0.035Mpa。
本发明利用阻抗管声学分析仪(GBJ88-1985标准)进行测试分析，测试在500-6300Hz频率范围内材料的吸声系数。
从图1可以看出，实施例2和实施例3的压缩应变明显高于对比例1，说明本发明提出的复合气凝胶明显改善了其结构强度；从图2可以看出，实施例2、实施例3和对比例1的吸声系数相当。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合气凝胶，其特征在于，按照重量份数计算，包括阿拉伯树胶40-150份，羧基丁腈橡胶100-110份，硫化助剂3-7份，二乙基二硫代氨基甲酸锌1-2份，N,N-四甲基二硫双硫羰胺0.2-1份，硫化剂1-3份，抗氧化剂1-3份，水800-2000份。
2.根据权利要求1所述的复合气凝胶，其特征在于，所述硫化助剂为氧化锌。
3.根据权利要求1所述的复合气凝胶，其特征在于，所述聚多糖/橡胶基复合气凝胶密度为1300-2200Kg/m3。
4.根据权利要求1所述的复合气凝胶，其特征在于，所述羧基丁腈橡胶为固含量在41％-42％的液态羧基丁腈胶乳。
5.一种权利要求1-4任一项所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比将阿拉伯树胶溶于水中制得阿拉伯树胶水溶液；
按照配比将硫化助剂、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N,N-四甲基二硫双硫羰胺、硫化剂、抗氧化剂和羧基丁腈胶乳混合得到第一混合物；
将所述阿拉伯树胶水溶液与所述第一混合物混合得到第二混合物；
将所述第二混合物抽真空保压处理，之后冷冻，之后硫化得到所述复合气凝胶。
6.根据权利要求5所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，按照配比将所述硫化助剂、所述二乙基二硫代氨基甲酸锌、所述N,N-四甲基二硫双硫羰胺、所述硫化剂、所述抗氧化剂和所述羧基丁腈胶乳混合并超声分散得到所述第一混合液。
7.根据权利要求6所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为5-8min。
8.根据权利要求5所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述抽真空保压处理的时长为1～2h。
9.根据权利要求5所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述冷冻处理包括先在-22℃至-18℃下冷冻定型，之后在-40℃至-35℃的真空条件下继续冷冻。
10.根据权利要求5所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述硫化处理包括将冷冻后的第二混合物在110-120℃下硫化30-40min。
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